Загальні відомості про вузли та деталі поршневих компресорів

Поршневий компресор в основному складається з робочого циліндра і поршня, має всмоктуючий і нагнітальний клапани, розташовані зазвичай в кришці циліндра. Для повідомлення поршня зворотно-поступального руху в більшості поршневих компресорів використовується кривошипно-шатунний, механізм з колінчастим валом. Як показано на рис. 2.1, поршневі компресори бувають з різною кількістю і різноманітним розташуванням циліндрів, ординарного і подвійної дії, а також одноступінчатого і двоступеневого стиснення. Робота поршневого компресора полягає в наступному. При обертанні колінчастого вала з'єднаний з ним шатун повідомляє поршню зворотно-поступальний рух. При цьому в циліндрі, коли поршень рухається до нижньої мертвої точки, знижується тиск і холодоагент через всмоктуючий клапан надходить в циліндр. При зворотному ході поршня пари холодоагенту стискаються, а потім, коли тиск парів в циліндрі буде більше тиску в нагнітальному патрубку, пар холодильного агента відкриває нагнітальний клапан і надходить в нагнітальний трубопровід. При стисненні пара його температура підвищується, тому циліндр охолоджується або водою, що надходить в охолоджувальну сорочку циліндра (аміачні компресори), або повітрям. В останньому випадку циліндри зовні робляться ребристими. Продуктивність компресора регулюють різними способами (зміною частоти обертання колінчастого вала, відключенням окремих циліндрів з роботи шляхом віджиму всмоктуючого клапана, змінюючи час роботи компресора (пуском-зупинкою) і ін.).

На рис. 2.2 показана схема 8-циліндрового компресора з 4-рядним розташуванням циліндрів. На кожній шийці колінчастого вала закріплені чотири шатуна 12. Колінчастий вал 10 розташований на двох опорах з підшипниками ковзання, що створює велику компактність його в порівнянні з компресором, в якому використані підшипники кочення.

На малюнку повністю показані по одному шатуну на кожній шийці, а також перетину інших.

Розглянемо вузли та деталі компресорів.

Картер (блок-картер). Він є нерухомою деталлю, зазвичай коробчатого перетину, служить опорою для робочих деталей і захищає компресор від забруднення. У ньому розташований кривошипно-шатунний механізм, закріплені циліндри і допоміжні вузли компресора. Ці вузли сприймають сили, що виникають при стисненні парів холодоагенту, і передають на фундамент вага компресора, крутний момент, неврівноважені сили і сили інерції рухомих мас. Картер і циліндри компресора можуть мати вигляд окремих вузлів, причому циліндри кріпляться до картера за допомогою шпильок. В цьому випадку, якщо блок циліндрів і картер становить єдину деталь (блок-картер), циліндрові втулки вставляють в гнізда виливки. Втулка циліндра має два посадочні пояса (вгорі і внизу деталі) (рис. 2.3). Діаметр (DH) нижнього пояса 1, як правило, менше діаметра (Dв) верхнього пояса 2, щоб нижній кінець втулки можна було вільно ввести через верхній отвір блок-картера.

Для огляду деталей і виконання ремонтних робіт в картері передбачені бічні отвори 4, що закриваються кришками. Передній отвір служить для виїмки колінчастого вала.

Картери і блок-картера знаходяться в період роботи під тиском парів холодоагенту. Це тиск при роботі компресора, як правило, не перевищує 0,35 МПа. Одна ко при непрацюючому компресорі внаслідок нещільного прілеганіяе робочих клапанів тиск в картері може зрівнятися з тиском в конденсаторі. Картери блок-картери відливаються з сірого чавуну, однак є приклади їх виготовлення з зварної сталевої конструкції.

Циліндрові втулки. При вертикальному і кутовому розташування в нижній частині вони повідомляються з картером компресора, а зверху закриваються двома кришками - зовнішньої і внутрішньої. У фреонових компресорах внутрішня кришка жорстко закріплена між циліндром і зовнішньої кришкою. У аміачних компресорах внутрішня кришка служить захисним пристроєм від гідравлічних ударів.

У верхній частині циліндри аміачних і фреонових (для R22) компресорів мають водяну охолоджувальну сорочку. Компресори, що працюють на R12, мають на циліндрах ребра для охолодження повітрям.

Відсутність водяної сорочки пояснюється тим, що R12 в кінці стиснення в компресорі має нижчу температуру перегріву, ніж аміак.

У компресорах блок-картерной конструкції застосовують змінні втулки, відлиті з перлітного чавуну (див. Рис. 2.3).

Кривошипно-шатунний механізм. Він складається з поршня з кільцями, поршневого пальця, шатуна і колінчастого вала.

У вертикальних і кутових прямоточних компресорах застосовують тронкових прохідні поршні, в непрямоточний - полегшені непрохідні (рис. 2.4, а). Тронкових прохідний поршень прямоточного аміачного компресора (рис. 2.4, б) являє собою чавунну порожню конструкцію подовженої форми. У верхній частині поршня 2 кріпиться всмоктуючий клапан 1. У поршні є вікна і канали, по яких пари холодоагенту з усмоктувального трубопроводу надходять до всмоктуючого клапану. Усмоктувальна порожнину відділяється від картера перегородкою в поршні. Поршень з'єднується з шатуном за допомогою поршневого пальця 4, осьове переміщення якого обмежено пружинними кільцями 5. На поверхні поршня (вгорі і внизу) є канавки для ущільнювачів 3 і маслоз'ємних 6 кілець. Поршні відливають з чавуну або з алюмінієвих сплавів.

Ущільнювальні кільця служать для ущільнення між поршнем і стінками циліндра (рис. 2.4, г), а маслознімні кільця - для видалення надлишку олії зі стінок циліндра. Маслос'емноє кільце (рис. 2.4, в) на зовнішній поверхні має скіс, який утворює конусну поверхню. Кільце встановлюють на поршень конусом вгору.

При русі поршня вгору між кільцем і стінкою циліндра створюється масляний клин, віджимають кільце в канавку поршня.

Завдяки цьому масло пропускається вниз. Часто маслознімні кільця роблять з вирізами. Щоб не було перешкоди для стиснення кільця, в канавці поршня свердлять отвори для повідомлення її з внутрішньою частиною поршня. При русі поршня вниз масло знімається, частина масла збирається в канавці під кільцем і через отвори в поршні стікає всередину поршня, а потім в картер.

Більшість вертикальних компресорів мають 2-3 ущільнювачів кільця і ​​2 маслоз'ємних кільця.

Поршневі кільця виготовляють, як правило, з чавуну. Вони є однією з відповідальних деталей поршневої машини. Пропуски парів холодоагенту через поршневі кільця знижують ефективність роботи компресора. Надягнуте на поршень кільце має потопати в канавці, а замки кілець слід зміщувати один щодо іншого приблизно на 90 °. Це забезпечує кращу їх роботу. Замки кілець в робочому стані повинні мати зазори щоб уникнути заклинювання кілець і задирака дзеркала циліндра.

Для кращого ущільнення і зменшення зносу циліндра поршневі кільця іноді виготовляють з неметалевої вставкою.

Шатун (рис. 2.5) передає зусилля від колінчастого вала до поршня і служить основною ланкою npeo6разованія обертального руху колінчастого вала в зворотно-поступальний рух поршня. У верхню головку шатуна 2 вставляється бронзова втулка, яка є підшипником поршневого пальця. Стрижень шатуна 3 в більшості випадків виготовляється зі сталі двотаврового перетину. Нижня роз'ємна головка шатуна 5 служить для з'єднання з колінчастим валом. У нижню головку вставляють вкладиші 6, залиті антифрикційним сплавом. Кріплення нижньої головки шатуна в кривошипних шейках колінчастого вала виробляється шатунними болтами 4.

Колінчастий вал (рис. 2.6) встановлюють корінними шийками 1, 4 на корінні підшипники, розташовані в блок-картері. Корінні шийки щоками 3 з'єднані з шатунними шийками 2. Для врівноваження сил інерції до щік колінчастих валів кріпляться противаги. До колінчастого валу зовні хвостовик 5 закріплюють маховик, який одночасно виконує роль напівмуфти або шківа для клинопасової передачі. На шатунних шийках валів кріплять шатуни.

Залежно від конструкції компресора на одній шатунной шийці можуть бути закріплені один або кілька шатунів. Вали виготовляють куванням або штампуванням з вуглецевих сталей з подальшою механічною і термічною обробкою, з примусовою мастильної системою у корінних і шатунних підшипників, по осі валів і в щоках роблять канали, за якими масло від насоса подається до підшипників.

Ущільнення валу. Картер компресора знаходиться під тиском холодоагенту, тому колінчастий вал в місці виходу з картера ущільнюється за допомогою сальника з кільцями тертя.

Великого поширення для ущільнення вала компресора отримали пружинні сальники з кільцями тертя і масляним затвором. Якщо діаметр вала не перевищує 50 мм, то сальник виконують з однієї центральної пружиною, при більшому діаметрі вала зазвичай встановлюють кілька пружин, укладених в сепараторі (рис. 2.7). Як пари, що треться в сальниках застосовують високооловяністую фосфористу бронзу і цементованої загартовану сталь.

Рухливі кільця 2 сальника сталеві, ущільнюються по валу гумовими кільцями 6, стійкими до фреону, аміаку і маслу. Цими ж кільцями досягається ущільнення по поверхні вала. У нерухомі кільця 1 впресовані графітові вставки. Рухливі кільця 2 за допомогою пружин 10 притискаються до нерухомих - графітовим. Ці труться пари кілець і утворюють ущільнювальні пояски. Для змащування поверхонь і для створення масляного гідравлічного затвора в простір між зовнішньою кришкою 3 і проміжної кришкою 11 подається масло від насоса. З сальника масло відводиться з свердління а в валу. Манжета 5 служить для уловлювання контрольної витоку масла з сальника і запобігає розбризкування масла по валу і маховика.

Клапани компресора. У компресорах застосовують автоматичні клапани. Вони повинні легко відкриватися і надавати незначний опір при проході парів холодоагенту, своєчасно і щільно закриватися. Відкриваються клапани під тиском парів холодоагенту. Нагнітальний клапан, долаючи зусилля пружини клапана, починає відкриватися, коли тиск в циліндрі буде вище, ніж в нагнетательной порожнини. Подібні явища відбуваються і у всмоктуючому клапані. Він відкривається, коли тиск в циліндрі буде нижче, ніж у всмоктувальній порожнини компресора.

По-різному розташовані клапани в циліндрі. У прямоточних компресорах усмоктувальні клапани виготовляють без пружини (рис. 2.8, а), розміщують їх у верхній частині поршня. В сучасних компресорах застосовуються кільцеві пластинчасті клапани. Основними частинами кільцевого нагнітального клапана (див. Рис. 2.8) є сідло 1, обмежувач підйому 2 (розетка), пружина 8 і платівка 3. Пружина 8 (рис. 2.8, б, в) притискає пластинку 3 до сідла 6 і цим перекриває прохідний перетин клапана. Розетки 2, 7 обмежують підйом пластин і забезпечують направлення їх при підйомі і опусканні. Отвори для виходу пара розташовані в розетці по колу між пластинами. Крім того, в розетці є невеликі отвори, розташовані проти пластин, які перешкоджають "прилипання" пластин до обмежувача підйому.

Пластини кільцевих клапанів виготовляють товщиною 1,5-2 мм зі спеціальної хромованою стали. Висота підйому пластини клапана зазвичай 1-2 мм. Швидкість пара при проході клапанних отворів змінюється в широких межах і становить для аміачних компресорів 25-30, для фреонових - 20-35 м / с.

Поряд з кільцевими пластинчастими клапанами використовуються також стрічкові самопружінящіе (рис. 2.9). Сідло і спрямовуюча клапана 5 мають розташовані поруч отвори для проходу пара. У деяких випадках замість отворів роблять поздовжні пази. Стрічкова пластина, перекриваючи отвору для проходу пара. Під дією різниці тисків пара стрічка вигинається в бік направляючої і створює поздовжні щілини для проходу холодоагенту. Стрічкові пластини виготовляють з легованої сталі. Велике прохідний перетин і простота конструкції є перевагами стрічкових клапанів.

Запобіжний клапан компресора. Він служить для захисту компресора від руйнування при надмірному підвищенні тиску з боку нагнітання. На рис. 2. показаний наперстковий запобіжний клапан, в якому ущільнення проводиться за допомогою гумового кільця, стійкого при взаємодії з маслом і холодильним агентом. У деяких компресорах замість пружинного запобіжного клапана встановлюють ламати чавунну пластину, яка при перевищенні різниці тиску ламається. Як видно з (рис. 2.10), регулювання відкриття запобіжного клапана виробляють, змінюючи силу пружини. Відрегульований клапан пломбують, а дату регулювання записують в формуляр компресора.

Мастильна система компресора. Мастило може бути примусова (під тиском насоса) і розбризкуванням. Першу здійснюють від шестерневого або плунжерного насоса. Найбільш надійний насос, що працює під затокою масла. Привід насоса здійснюють від колінчастого вала безпосередньо за допомогою зубчастої передачі або ексцентрика.

На всмоктуючої лінії насоса встановлюють сітчастий фільтр грубої очистки (сітку розташовують на висоті 10-15 мм від дна картера; число осередків сітки фільтра 150-300 на 1 см 2). На нагнітальної лінії насоса в середніх і великих компресорах встановлюють щілинні пластинчасті або сітчасті фільтри тонкого очищення. Щілинний фільтр забезпечений пружинним запобіжним клапаном. При забрудненні фільтра, що приводить до різкого підвищення тиску масла, клапан відкривається і перепускає масло в картер компресора. Тиск масла регулюється спеціальним перепускним клапаном, скидальним масло з нагнітального трубопроводу в картер. Зазвичай тиск масла підтримується на 0,06-0,2 МПа вище, ніж в картері. Якщо тиск масла буде занадто велике, то збільшиться віднесення масла з компресора. При використанні корінних підшипників ковзання до них зазвичай підводиться все масло, що подається насосом, яке потім по масляним каналах колінчастого валу надходить до підшипників шатунів і до сальнику. Якщо вал спирається на підшипники кочення, то масло підводиться до сальнику, з якого по свердлінням вала воно надходить до інших деталей компресора. Дзеркало циліндрів в бескрейцкопфние компресорах змащується маслом, що стікає з підшипників колінчастого вала методом розбризкування. У невеликих компресорах мастило виробляється, як правило, розбризкуванням.

У суднових компресорах часто застосовують водяне охолодження масла. Охолоджувальний пристрій у вигляді змійовика монтують безпосередньо в масляній ванні картера компресора або виносять у вигляді спеціального теплообмінника.

На рис. 2.11 приведена схема мастильної системи аміачного компресора з корінними підшипниками кочення. Масло від насоса 2 через фільтр тонкого очищення 7 із запобіжним клапаном 6 підводиться до сальнику 3, по свердлінням в колінчастому валу подається до кривошипним і головним підшипників шатунів. Тиск масла після фільтра перед подачею до місць змащення контролюють за манометром 4. На компресорі є манометр 5, що показує тиск в картері. По різниці тисків масла (в картері і після фільтра) судять про роботу масляного насоса. Масляний насос приводиться в дію від колінчастого вала через систему шестерень, масло всмоктується з картера через фільтр грубого очищення 1.